BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH Mơn học: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo định số: 979/QĐ-CĐVX-ĐT ngày 12 tháng 12 năm 2019 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô Ninh Bình, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Kỹ thuật điện lạnh ngành khoa học nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ứng dụng hệ thống điện, hệ thống lạnh điều hịa khơng khí Tuổi thọ, độ tin cậy, giá vận hành, hiệu kinh tế thiết bị phụ thuộc nhiều vào vật liệu chế tạo vật liệu phụ Bởi việc sử dụng loại vật liệu chế tạo, vật liệu thay thế, vật liệu phụ quan trọng Giáo trình vật liệu điện lạnh nhằm trang bị cho học sinh - sinh viên kiến thức loại vật liệu dùng ngành Giáo trình gồm phần chính: Chương I: Vật liệu kỹ thuật điện Chương II: Vật liệu kỹ thuật lạnh Do tài liệu tham khảo không nhiều, trình độ người biên soạn có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong đợi nhận xét, đánh giá, góp ý đơng đảo bạn bè đồng nghiệp Ninh Bình, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn 1.Chủ biện: Kỹ sư Hoàng Thị Hoài Thu Ủy viên: Thạc sỹ Phạm Tiến Dũng Ủy viên: Thạc sỹ Phạm Thành Nhơn MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN Vật liệu cách điện (chất điện môi) 1.2 Chất cách điện thể khí: 1.3 Chất cách điện thể lỏng 1.4 Chất cách điện hữu 1.5 Sơn êmay cách điện 1.6 Vật liệu cách điện dạng xơ 10 1.7 Vật liệu cách điện dạng dẻo 11 1.8 Vật liệu cách điện từ mica 11 Vật liệu dẫn điện 13 2.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện 13 2.2 Đồng 14 2.3 Nhôm 15 2.4 Một số kim loại dẫn điện khác 16 2.5 Các hợp kim có điện trở suất cao 17 2.6 Dây dẫn làm dây quấn máy điện (dây điện từ) 18 2.7 Vật liệu bán dẫn 19 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU KỸ THUẬT LẠNH 22 Vật liệu kỹ thuật lạnh 22 1.1 Vật liệu kim loại 22 1.2 Vật liệu phi kim 24 1.3 Vật liệu cách nhiệt 27 1.4 Dầu bôi trơn 29 1.5 Môi chất lạnh 31 Vật liệu cách ẩm, hút ẩm 31 2.1 Vật liệu cách ẩm 31 2.2 Vật liệu hút ẩm 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH Tên môn học: Vật liêu điện lạnh Mã môn học: MH 10 Thời gian thực môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 27 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Được bố trí sau học xong môn học chung sở kỹ thuật điện, sở kỹ thuật nhiệt - Tính chất: Là mơn học kỹ thuật sở II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Trình bày kiến thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Về kỹ năng: Lựa chọn vật liệu để lắp đặt sửa chữa hệ thống điện lạnh - Về lực tự chủ trách nhiệm: Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích III Nội dung môn học: Thời gian (giờ) Thực Kiểm hành, tra thí TT Tên chương, mục Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo luận, Bài tập Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện 15 14 1 Vật liệu cách điện (chất điện 7 môi): 1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện 1.2 Chất cách điện thể khí 1.3 Chất cách điện thể lỏng 1.4 Chất cách điện hữu 1.5 Sơn êmay cách điện 1.6 Vật liệu cách điện dạng xơ 0.5 1.7 Vật liệu cách điện dạng dẻo 1.8 Vật liệu cách điện từ Mica 0.5 Vật liệu dẫn điện: 7 2.1 Khái niệm đặc tính chất dẫn điện 2.2 Đồng 2.3 Nhôm 2.4 Một số kim loại dẫn điện khác 2.4.1 Đặc tính của: sắt, chì, thiếc, kẽm 2.3.2 So sánh đặc tính của: sắt, chì, thiếc, kẽm với đồng nhôm 2.5 Các hợp kim có điện trở suất cao 2.6 Dây dẫn làm dây quấn máy điện (dây điện từ) 2.7 Vật liệu bán dẫN Kiểm tra Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh Vật liệu kỹ thuật lạnh 1.1.Vật liệu kim loại: 1.2 Vật liệu phi kim 1.3 Vật liệu cách nhiệt 1.4 Dầu bôi trơn 1.5 Môi chất lạnh Vật liệu cách ẩm, hút ẩm: 2.1 Vật liệu cách ẩm 2.2 Vật liệu hút ẩm Kiểm tra Cộng 1 1 15 30 13 1 4 2 27 2 CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN Mã chương: MH10 - 01 Mục tiêu: - Trình bày khái niệm cấu tạo vật liệu dẫn điện, cách điện - Phân loại xác chức vật liệu cụ thể - Trình bày kiến thức cơ, lý, hố tính năng, tác dụng vật liệu cách điện; - Trình bày kiến thức cơ, lý, hố tính tác dụng vật liệu dẫn điện đồng thời giúp học sinh nắm phạm vi ứng dụng vật liệu dẫn điện - Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích Nội dung chính: Vật liệu cách điện (chất điện mơi) 1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện 1.1.1 Khái niệm: - Vật liệu cách điện chất điện mơi chất dùng để thực cách điện cho phần dẫn điện chi tiết thiết bị điện - So với vật liệu dẫn điện vật liệu cách điện có điện trở lớn nhiều - Đặc tính chất điện mơi khả tạo nên điện trường lớn tích luỹ lượng điện 1.1.2 Phân loại chất điện môi: + Theo trạng thái vật thể chất điện mơi gồm: chất khí, lỏng rắn + Theo chất hóa học,chất điện mơi chia ra: chất vô hữu + Theo khả chịu nhiệt chất điện môi phân thành cấp: Y, A, E, B, F, H, C 1.1.3 Tính chất chung vật liệu cách điện: a Tính hút ẩm: - Hút ẩm: Là khả hút ẩm từ mơi trường xung quanh + Tác hại:tăng dịng điện rị, tổn hao điện mơi giảm điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện mơi - Tính thẩm thấu: khả cho nước xuyên qua vật liệu + Lượng ẩm m thời gian  qua mặt phẳng S (cm2) lớp vật liệu cách điện có chiều dày h (cm), tác dụng hiệu số áp suất nước P1 P2 (mmHg) hai phía bề mặt vật liệu tính theo công thức sau: m  ( p1  p2 ).S  h Trong đó:  độ thấm ẩm vật liệu + Tác hại: tương tự tính hút ẩm - Tính dính ước: Khả hình thành màng ẩm bề mặt vật liệu bề mặt vật liệu đặt mơi trường có độ ẩm cao + Tác hại: tăng dòng điện rò giảm đáng kể điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện môi b Tính học: - Độ bền kéo, nén uốn điện môi khác nhiều: Độ bền phụ thuộc nhiều vào tiết diện mẫu vật liệu * Ví dụ: sợi thuỷ tinh đường kính giảm độ bền học tăng, đường kính giảm tới 0,01 mm đạt giới hạn bền dây đồng Độ bền học giảm nhiệt độ tăng - Tính giịn: Khả bề mặt vật liệu chống lại tải học động - Độ cứng: Biểu thị khả bề mặt vật liệu chống lại biến dạng gây nên lực nén truyền từ vật liệu có kích thước bé - Ngoài chất lỏng nửa lỏng như: dầu, sơn, hỗn hợp chất tráng, tẩm độ nhớt đặc tính quan trọng c Tính chất hố học khả chịu phóng xạ điện môi: - Khi làm việc lâu dài, khơng bị phân huỷ để giải sản phẩm phụ khơng bị ăn mịn kim loại tiếp xúc với nó, khơng phản ứng với chất khác nước axít - Khi sản xuất chi tiết dùng hố chất khác như: Chất kết dính, chất hồ tan, điện mơi khác d Hiện tượng đánh thủng điện môi độ bền cách điện: - Khi cường độ điện trường cao giới hạn độ bền cách điện chất điện mơi, xảy đánh thủng điện mơi Đánh thủng q trình phá hoại chất điện mơi, điện mơi tính chất cách điện chỗ bị đánh thủng - Trị số điện áp lúc xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (Uđt) trị số cường độ điện trường tương ứng gọi độ bền cách điện chất điện môi (Eđm) - Độ bền cách điện chất điện môi xác định theo công thức: Eđt = U dt / d [kV/mm] Trong đó: d: chiều dày chất điện mơi chỗ đánh thủng, mm e Độ bền điện: - Đặc trưng giá trị điện áp lớn đặt vào bề mặt vật liệu mà vật liệu đảm bảo tính cách điện - Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền điện chủ yếu nhiệt điện Ngồi cịn phụ thuộc vào khoảng cách áp suất Nếu áp suất giảm độ bền điện lớn, áp suất tăng độ bền điện nhỏ f Tính chịu nhiệt: - Đánh giá khả chịu nóng vật liệu cách điện chi tiết chịu nhiệt không bị hư hại thời gian ngắn lâu dài tác dụng nhiệt độ cao thay đổi đột ngột nhiệt độ gọi độ bền chịu nóng - Đối với điện mơi vơ cơ: Độ bền chịu nóng xác định nhiệt độ mà điện mơi bắt đầu có thay đổi tính chất điện - Đối với điện mơi hữu cơ: Độ bền chịu nóng xác định nhiệt độ mà bắt đầu có biến đổi mặt học 1.2 Chất cách điện thể khí: 1.2.1 Khơng khí: Khơng khí phổ biến khắp nơi, thường tham gia vào thiết bị điện giữ vai trò vật liệu cách điện hổ trợ thêm cho vật liệu cách điện rắn, lỏng Tuy nhiên việc tồn bọt khí vật liệu cách điện rắn, khoang rỗng cuộn dây máy điện thiết bị điện tẩm không kỹ làm xấu chất lượng cách điện 1.2.2 Nitơ: Đôi dung thay khơng khí để lấp đầy tụ điện khí, trường hợp khác, có đặc tính cách điện gần giống với khơng khí, lại khơng có chứa 02 chất gây tác dụng oxy hóa vật liệu tiếp xúc với 1.2.3 Elaga (SF6): Elaga nặng khơng khí lần, nhiệt độ sôi – 640C, nhiệt độ bình thường nén tới 20at khơng hóa lỏng Elaga khơng độc, chịu tác dụng hóa học, khơng bị phân hủy bị đốt nóng tới 800 0C, sử dụng tụ điện, cáp, máy cắt,…một cách có kết 1.2.4 Hydrơ: - Đó chất khí nhẹ, có đặc tính thuận lợi để dùng làm môi trường làm mát thay cho khơng khí Sự làm mát máy điện cải thiện nhiều ta sử dụng hyđrô Dùng hyđrô thay cho khơng khí giảm nhiều tổn thất cơng suất ma sát roto với chất khí quạt gió gây ra, tổn hao gần tỷ lệ với tỷ trọng chất khí - Do khơng có tác dụng ơxy hóa ơxy khơng khí nên dùng hyđrơ làm chậm hóa già chất cách điện hữu dây quấn máy điện loại trừ khả hỏa hoạn trường hợp bị ngắn mạch bên máy điện Sau điều kiện làm việc chổi điện cải thiện mơi trường hyđrơ Do làm nguội hyđrô cho phép tăng công suất hiệu suất công tác máy điện, người ta thường chế tạo máy phát nhiệt điện, máy bù đồng công suất lớn làm máy hyđrô 1.2.5 Các loại khí khác: - Một số khí – chủ yếu hợp chất halogen (Flo, Clo,…) có khối lượng phân tử tỷ trọng cao, lượng ion hóa lớn, có độ bền điện cao hẳn khơng khí - Một số khí hyđrơ cácbon flo hóa (ví dụ: CF4, C2F6 – hexafloetan…), số chất lỏng hyđrơ bon hóa (ví dụ: C 7E14; C8F16…), có độ bền lớn khơng khí nhiều Chỉ cần lượng nhỏ khí lẫn vào khơng khí làm tăng độ bền điện hỗn hợp lên cách đáng kể - Các loại khí trơ như: Neon, Acgon… thủy ngân có độ bền điện thấp dùng để lấp đầy dụng cụ điện chân khơng bóng đèn 1.3 Chất cách điện thể lỏng 1.3.1 Dầu mỏ cách điện (dầu máy biến áp): - Là vật liệu cách điện ứng dụng nhiều ngành kỹ thuật điện Dầu có cơng dụng làm mát cách điện cho máy biến áp, làm cách điện dập tắt hồ quang máy cắt dầu - Tính chất dầu: Tạp chất có dầu làm giảm sút lớn đến độ bền cách điện dầu Vì trước cho dầu vào máy phải làm khuấy chân không Điện trở suất dầu khoảng 104 – 106 (.cm), làm việc dài hạn nhiệt độ 90 – 95 0C - Ưu điểm: Có độ bền cách điện cao, trường hợp dầu chất lượng cao đạt tới 160 kV/cm,  = 2,2 – 2,3 Vì chất lỏng nên dầu có tính phục hồi cách điện cao Có thể thâm nhập vào khe rãnh hẹp - Nhược điểm: Dầu nhạy cảm cao với tạp chất độ ẩm Ở nhiệt độ cao dầu tạo bọt khí sinh độ nhớt, làm cho tính cách điện làm mát giảm sút Dễ cháy cháy phát sinh khói đen, dầu bốc lên hịa lẫn không tạo thành hỗn hợp nổ 1.3.2 Dầu tụ điện: - Là loại dầu dùng để tẩm tụ điện giấy, đặc biệt tụ điện động lực để bù trạm phân phối điện - Khi cách điện giấy tụ điện tẩm dầu điện trở cách điện độ bền điện tăng lên Do giảm kích thước, trọng lượng giá thành tụ điện - Các đặc tính dầu tụ điện giống với dầu biến áp Độ bền điện tụ làm khô phải lớn 20 kV/mm 1.3.3 Dầu cáp điện: Được dùng việc tẩm cáp điện lực có cơng dụng làm mát tăng độ bền điện Có nhiều lồi dầu khác nhau: - Loại cáp chứa dầu làm việc điện cao áp 110kV, người ta dùng loại dầu có độ nhớt thấp   3,5 mm2/s Ở nhiệt độ 1000C, nhiệt độ 500C   10 mm2/s, nhiệt độ 200C   40 mm2/s - Loại cáp chứa dầu làm việc điện áp 35kV có vỏ nhơm chì người ta dùng dầu có độ nhớt cao, không nhỏ 23 mm2/s nhiệt độ 1000C Để tăng độ nhớt người ta thêm nhựa thông vào dầu 1.3.4 Điện môi lỏng tổng hợp: Trong năm gần người ta điều chế nhiều loại vật liệu cách điện lỏng tổng hợp có vài tính chất tốt dầu mỏ cách điện: - Hyđrơ cacbon clo hóa - Silic hữu flo hữa 1.4 Chất cách điện hữu - Trong loại vật liệu cách điện, vật liệu cách điện hữu đóng vai trị quan trọng, tham gia vào hầu hết cách điện thiết bị điện - Người ta gọi hợp chất cacbon với nguyên tố khác chất hữu Cacbon có khả tạo số lớn hợp chất hóa học với nhiều loại cấu trúc phân tử khác Cụ thể cácbon tham gia vào tạo thành chất có “khung” phân tử hình chuỗi xích, hình nhánh mạch vịng Cấu trúc phân tử có ảnh hưởng lớn đến tính chất chất hữu - Một số vật liệu hữu dùng lĩnh vực cách điện chất thấp phân tử, số lượng nguyên tử tham gia vào phân tử chất không nhiều Tuy nhiên số lượng lớn vật liệu cách điện hữu thuộc hợp chất cao phân tử Đó chất có phân tử lớn - Trong tự nhiên ta gặp số vật liệu thuộc vật liệu hữu cao phân tử, chúng có tầm quan trọng lớn kỹ thuật như: tơ tằm, cao su,… - Dựa vào nguồn gốc vật liệu hữu cao phân tử người ta phân thành loại: Loại thứ vật liệu nhân tạo, sản xuất cách chế biến hóa học chất cao phân tử có sẵn thiên nhiên Loại thứ hai có tầm quan trọng lớn kỹ thuật cách điện nhiều ngành kỹ thuật khác Đó vật liệu cao phân tử tổng hợp, chúng sản xuất cách tổng hợp từ chất thấp phân tử - Những hợp chất cao phân tử quan trọng chất hóa học chất trùng hợp hay polime Đó chất mà phân tử chúng coi tổng hợp lượng lớn nhóm nguyên tử có cấu trúc giống - Theo cấu trúc phân tử polime, người ta chia thành nhóm: polime đường thẳng polime khơng gian Phân tử polime đường thẳng có hình dáng chuỗi xích Trái lại phân tử polime khơng gian phát triển theo nhiều hướng khác - Theo biến đổi tính chất tác dụng nhiệt polime người ta chia thành nhóm: vật liệu nhiệt dẻo vật liệu nhiệt cứng - Các vật liệu nhiệt dẻo nhiệt độ thấp trạng thái rắn, đốt nóng chúng trở thành mềm dẻo dễ biến dạng Chúng hịa tan dung mơi thích hợp Tính chất đặc biệt vật liệu nhiệt dẻo đốt nóng tới nhiệt độ tương ứng với trạng thái dẻo chúng khơng gây biến đổi khơng phục hồi tính chất chúng Các vật liệu nhiệt cứng đốt nóng thay đổi tính chất khơng hồi phục được, chúng bị cứng lại, tính hịa tan tính nóng chảy - Tóm lại, chất cách điện vận hành đòi hỏi chịu nhiệt độ cao mà khơng hóa dẻo, khơng biến dạng giữ độ bền học cao bền vững tiếp xúc với dung mơi dùng vật liệu nhiệt cứng Cịn vật liệu nhiệt dẻo co dãn tốt giịn so với vật liệu cứng, bị hóa già nhiệt nhiều trường hợp công nghệ chế tạo vật liệu nhiệt dẻo nóng đơn giản 1.5 Sơn êmay cách điện 1.5.1 Thành phần chung: Sơn vật liệu có vai trị quan trọng kỹ thuật điện Sơn tạo từ sơn (nhựa, Bitum, dầu khơ…) hịa tan dung mơi hữu cơ, dễ bay Khi sơn bị sấy khô, dung mơi bay cịn lại sơn chuyển sang trạng thái rắn tạo thành màng sơn có đặc tính cách điện rắn 1.5.2 Tính chất: Theo cơng dụng chia nhóm: - Sơn tẩm: Dùng để làm vào cách điện xốp (giấy, các-tông, bông, vải…) tẩm cuộn dây dây quấn máy điện thiết bị điện Sơn tẩm lấp đầy lỗ xốp vật liệu cách điện, khoảng rộng vòng dây lớp dây quấn Khi khô vật tẩm trở nên có độ bền điện độ dẫn điện cao trước nhiều Hơn nữa, sơn tẩm làm hạn chế mức độ hút ẩm, thấm ẩm, nâng cao độ bền học cho sản phẩm - Sơn phủ: Dùng để phủ lên bề mặt vật liệu sản phẩm có lớp màng nhẵn bóng, chịu ẩm, độ bền học Sơn phủ làm nâng cao điện trở bề mặt, tăng điện áp phóng điện bề mặt cho sản phẩm, bảo vệ chất cách điện chống lại tác dụng ẩm chất có hoạt tính hóa học xâm thực, đồng thời cải thiện vẻ đẹp bề mặt sản phẩm Sơn phủ có loại phủ trực tiếp lên kim loại như: sơn ê-may, sơn tôn kỹ thuật điện Men màu thuộc loại sơn phủ, cho thêm chất sắc tố vào nhằm cải thiện vẻ đẹp, độ bám dính… Gang có tính đúc tính gia cơng cắt gọt tốt: loại gang thường dùng có thành phần gần tinh nên nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy lỗng cao yếu tố quan trọng tính đúc, graphit loại gang xám, dẻo cầu làm phoi dễ gãy vụn gia công (tiện, phay, bào,…) * Cơng dụng: - Gang có tính tổng hợp khơng cao thép, có tính đúc tốt, gia công cắt dễ, nấu luyện đơn giản rẻ Vì loại gang có graphit dùng nhiều công nghiệp - Gang dùng để chế tạo chi tiết chịu tải trọng tĩnh chịu va đập bệ máy, vỏ, nắp, phận phải di chuyển 1.1.2 Thép: Thép hợp kim sắt cacbon với %C ≤ 2,14 Trong tất vật liệu, thép loại vật liệu có tính tổng hợp cao nhất, dùng làm chi tiết chịu tải nặng điều kiện phức tạp Theo thành phần hóa học thép chia làm loại: thép cacbon thép hợp kim * Thép cacbon: - Thành phần hóa học: Thép cacbon loại thép thơng thường, ngồi sắt cacbon chứa tạp chất sau: mangan silic, phốt lưu huỳnh - Tính chất: Thép cacbon chiếm tới 80% khối lượng thép dùng chúng có tính chất sau: + Độ bền cao, có khả chịu kéo, nén, uốn, xoắn tốt + Độ cứng tương đối cao, nhiệt luyện để nâng cao tính + Độ dẻo tốt, có khả chịu va chạm loại thép C + Có khả chống lại mài mịn, có tính đàn hồi tốt + Có tính cơng nghệ tốt, rẻ tiền * Thép hợp kim: - Thành phần hóa học: thép hợp kim loại thép người ta cố ý đưa vào nguyên tố đặc biệt với lượng định để làm thay đổi tổ chức tính chất thép, nguyên tố đặc biệt gọi nguyên tố hợp kim (Cr, Mn, Si, Ni, W, V, Mo, Ti, Cu B) - Đặc tính: Thép hợp kim có đặc tính trội so với thép cacbon: + Về tính: có độ bền cao hẳn so với thép cacbon, điều thể đặc biệt rõ ràng sau nhiệt luyện tơi ram + Tính chịu nhiệt độ cao: Khác với thép cacbon, thép hợp kim giữ tính cao trạng thái tơi nhiệt độ cao 2000C + Tính chất lý hóa đặc biệt: khơng gỉ khơng khí, khơng bị ăn mịn mơi trường axit, bazơ, muối, có từ tính, có tính chất dãn nở đặc biệt, chịu nhiệt độ cao, - Phân loại: theo công dụng người ta chia thép hợp kim thành nhóm: + Thép kết cấu hợp kim + Thép dụng cụ hợp kim + Thép hợp kim đặc biệt 1.1.3 Sự phụ thuộc tính chất lý vật liệu vào độ lạnh: - Các tính chất lý vật liệu ln phụ thuộc hay nhiều vào nhiệt độ Khi sử dụng vật liệu nhiệt độ - 400C trở xuống cần đặc biệt ý đến thay đổi tính chất lý đặc biệt tính chất học - Hầu hết kim loại đen màu có thay đổi tính chất học khái quát sau: nhiệt độ tăng, độ bền kéo giới hạn kéo tăng khơng gây trở ngại không cần lưu ý Ngược lại, nhiệt độ giảm độ kéo giãn độ bền dẻo va đập giảm nhanh Tuy nhiên tốc độ giảm tùy thuộc vào loại vật liệu riêng biệt Các loại thép cacbon giảm nhanh đồng, nhôm hợp kim khơng có độ kéo dãn độ bền dẻo va đập khơng giảm mà lại có xu hướng tăng Bảng Độ bền dẻo va đập số kim loại nhiệt độ thấp Độ bền dẻo va đập, Nm/cm2 kim loại nhiệt độ khác nhau, 0C TT Vật liệu 20 -80 -120 -196 -253 a) Kim loại đen - Thép xây dựng 100 200 0,3 1,5 0,2 0,5 thép thấm cacbon 130 110 70 - Thép Niken 5% - Thép Niken 36% 170 100 80 40 80 -Thép hợp kim cao 200 250 150 200 140 160 austenit X8GniTi 18.10 b) Kim loại màu - Đồng 140 180 150 200 160 205 - Đồng thau CuZn37 125 142 155 - Hợp kim đồng Niken 192 190 195 195 sắt (CuNi10Fe) - Đồng bạch (hợp kim 110 115 120 đồng niken kẽm CuNi31Zn14) 40 52 60 - Nhôm Al199,5 100 110 100 - Hợp kim nhôm manhê 60 3,5 - Kẽm 24 38 (ở 45 - Chì 183 C) * Tóm lại: Các vật liệu kim loại sử dụng kỹ thuật lạnh sắt, đồng, nhôm hợp kim chúng Xét quan hệ nhiều thành phần: vật liệu kim loại – phi kim loại – môi chất – dầu bôi trơn - ẩm sản phẩm thứ cấp Có thể nói phần lớn vật liệu phù hợp, có số vật liệu cần thận trọng cần loại bỏ ứng với môi chất lạnh Cụ thể vật liệu kim loại sử dụng bình thường nhiệt độ -500C, từ nhiệt độ -500C trở xuống cần phải ý đến độ bền vật liệu, đặc biệt biến dạng giòn độ bền dẻo va đập 1.2 Vật liệu phi kim Vật liệu phi kim loại sử dụng kỹ thuật lạnh chủ yếu gồm cao su, amiăng, chất dẻo, thủy tinh gốm,…Chúng sử dụng làm đệm kín vật liệu cách điện, cách nhiệt Ngồi ra, thủy tinh cịn dùng làm kính quan sát mức dầu, mức gas, , chất dẻo dùng làm joăng, đệm kín, màng cách điện 1.2.1 Cao su: - Cao su số vật liệu tương tự gần với cao su có tầm quan trọng lĩnh vực kỹ thuật đời sống - Đặc tính bật cao su tính đàn hồi thấm ẩm Cao su có hai loại: cao su tự nhiên cao su nhân tạo: Bảng Độ trương phồng số vật liệu đàn hồi môi chất lạnh Môi chất lạnh Cao su tổng hợp Cao su tự nhiên Kí hiệu Cơng thức hóa học (1) (2) (3) R40 CH3Cl 26 22 35 20 R30 CH2Cl2 34 37 52 26 CHCl3 R20 45 43 54 32 CCl4 R10 43 35 11 31 R21 CHCl2F 34 28 48 49 R22 CHClF2 25 26 R23 CHF3 0,5 R11 CCl3F 23 17 21 R12 CCl2F2 R13 CClF3 1 0,5 R13B1 CBrF3 1 R113 C2Cl3F3 17 R114 C2Cl2F4 0 1,5 R115 C2ClF5 0 0 (1) Cao su tổng hợp trùng hợp từ clobutadien (2) Cao su tổng hợp trùng hợp từ butadien acrylnitril (3) Cao su tổng hợp trùng hợp từ butadien styrol Nói chung độ trương phồng 20: không phù hợp, sử dụng * Cao su tự nhiên: nhựa lấy từ cao su, ngưng tụ mủ cao su tạp chất Thành phần hóa học cacbua hyđro Khơng chịu tác dụng nhiệt độ cao, nhiệt độ 500C trở nên mềm dính * Cao su nhân tạo (còn gọi cao su tổng hợp): + Cao su butadien: Nó có cường độ giới, tính chịu nhiệt cao chịu tác dụng axit dung mơi hữu Trong thực tế cịn dùng cao su Butdien acrilonitril tạo từ axetylen có tính chịu nhiệt chịu dầu tốt, thường dùng để đệm kín dầu máy nén thiết bị khác + Cao su Polycloropen: Cao su bị oxy hố, đàn hồi tốt, khó cháy, chịu ẩm, chịu tác dụng học tính đàn hồi nhiệt độ cao, chịu dầu, ozon Hình 2.1 Ống cách nhiệt cao su 1.2.2 Amiăng: - Amiăng Là tên gọi nhóm vật liệu khống chất có cấu trúc xơ, phổ biến crizotin có độ bền kéo khoảng 300-400kG/cm2, nhiệt độ nóng chảy 1150 0C - Có độ bền cao độ bền điện không lớn nhược điểm háo nước thường sản xuất thành sợi, băng, vải, … để làm cách điện cho dây quấn máy điện 1.2.3 Thuỷ tinh: - Tính chất lý thủy tinh phụ thuộc vào nhiệt độ, độ dãn nở nhiệt nhỏ - Độ bền phá hủy, độ bền uốn phụ thuộc vào nhiệt độ từ nhiệt độ môi trường đến -400C nghiên cứu kỹ Các kết cho thấy chúng tăng nhiệt độ giảm, phụ thuộc nhiều vào tốc độ biến dạng Độ bền phá hủy tăng gấp hạ nhiệt độ từ 200C xuống -1900C - Thủy tinh dùng làm chi tiết chế tạo máy, đặc biệt dùng làm mắt dầu, mắt gas, mức lỏng kế chi tiết khơng chịu va đập Thủy tinh làm ổ trượt đạt độ biến dạng nhỏ cho phép 1.2.4 Chất dẻo: - Độ bền kéo, nén uốn chất dẻo tăng nhiệt độ giảm, độ bền dẻo va đập giảm - Riêng loại chất dẻo flour có tính đàn hồi tương đối ổn định phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ giảm Các chất dẻo loại có độ đàn hồi lớn tính chất học tương đối ổn định so với vật liệu chất dẻo khác - Khối lượng riêng vật liệu chất dẻo nhỏ nhiều so với kim loại Hệ số dãn nở nhiệt vật liệu chất dẻo ngược lại lớn kim loại - Hệ số dẫn nhiệt vật liệu chất dẻo nằm khoảng 0,15 0,5W(mK) 1/00 đến 1/1000 hệ số dẫn nhiệt trung bình kim loại Với hệ số dẫn nhiệt nhỏ vậy, vật liệu chất dẻo thích ứng tốt với kỹ thuật cr Bảng Tính chất số vật liệu chất dẻo môi chất lạnh Freon TT Vật liệu chất dẻo Polytêtrafloêtylen (PTFE) Polyvinyl clorit (PVC) Polyêtylen (PE) Polypropylen (PP) Một vài tính chất vật lý hóa học, thích ứng với mơi chất freon Nói chung có đặc tính chống ăn mịn tốt, phù hợp tốt, bị chảy tải nén lớn Tính chất có khác tùy loại nói chung khơng bền (khơng phù hợp) với môi trường frêon Bị trương phồng bị hịa tan phần Bị trương phồng, khơng phù hợp giống PE PVC, bị ăn mòn đặc biệt nhiệt độ cao Nói chung phù hợp, bị biến giịn, khả Polyamit giữ kích thước tốt Polyimit Phù hợp tốt Polystyrol (PS) Không phù hợp Polyacrylnitril Phù hợp Polyutheran (PU) Cần thận trọng, nhiều vấn đề cần phải tiếp tục 10 Polycarbonat Bền, khơng bị ăn mịn 11 Polymethylmethacrylat Khơng bền, bị hóa giịn, bị mơi chất R22 hòa tan Tùy theo loại, phần lớn phù hợp, khả 12 Nhựa êpoxi giữ kích thước tốt 13 Polyeste Bền, khơng bị frêon ăn mịn 1.2.5 Gốm: - Vật liệu cách điện gốm, sứ vật liệu vơ cơ, sx sản phẩm có hình dáng bất kỳ, sau nung nhiệt độ cao - Tùy theo thành phần cấu tạo, cơng nghệ chế tạo thích hợp vật liệu cách điện gốm, sứ có độ bền học cao, góc tổn hao điện mơi nhỏ, số điện mơi cao, chịu nóng tốt, độ bền hóa già nhiệt cao, khơng bị biến dạng chịu tải trọng học 1.2.6 Gỗ: Là loại vật liệu phù hợp với kỹ thuật lạnh Rất nhiều loại gỗ có độ bền học cao nhiệt độ thấp đặc biệt độ ẩm nhỏ Mô đun đàn hồi độ bền nén tăng nhiệt độ giảm Độ bền nén gỗ từ 800kg/cm2 800C tăng lên 1600kg/cm2 -1600C 1.3 Vật liệu cách nhiệt Các vật liệu cách nhiệt chế tạo từ chất hữu sử dụng nhiều để cách nhiệt lạnh Chúng có khả cách nhiệt tốt, sản xuất với quy trình cơng nghệ ổn định chất lượng, kích thước, dễ gia cơng lắp ghép ứng dụng kinh tế Các vật liệu có ý nghĩa polystyrol polyutheran 1.3.1 Polystyrol: - Bọt xốp polystyrol sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cơng trình điều hịa khơng khí kỹ thuật lạnh chúng sử dụng rộng rãi dải nhiệt độ từ 300C  -1700C Nhiệt độ giới hạn 700C, không sử dụng cách nhiệt cho nhiệt độ cao 700C Bọt xốp polystyrol sản xuất thiết bị tĩnh tạo bọt chất tạo bọt xử lý nhiệt 1000C Bọt polystyrol chia làm loại theo phương pháp sản xuất khác nhau: bọt xốp dạng trục bọt dạng hạt Độ bền nén cao, đạt 0,1  0,2 N/mm2 - Polystyrol dễ bị cháy, có loại polystyrol khó cháy trộn phụ gia chống cháy Hình 2.2 Xốp cách nhiệt 1.3.2 Polyurethan: - Xốp polyutheran sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho buồng lạnh đến nhiệt độ -1800C Ngồi cịn dùng để cách nhiệt tủ lạnh, đường ống hệ thống lạnh công nghiệp - Polyutheran có ưu điểm độ bền đảm bảo, dễ chế tạo tạo bọt không cần phải gia nhiệt, không cần áp suất Các lỗ rỗng, không gian giới hạn cách ẩm, không gian hai vỏ,… dễ dàng tạo bọt polyutheran điền đầy - Với polyutheran người ta áp dụng phương pháp cách nhiệt kinh tế với hiệu cách nhiệt cao dây chuyền sản xuất tủ lạnh, loại buồng lạnh lắp ghép với đơn vị cách nhiệt tiêu chuẩn Ngay cách nhiệt đường ống, thiết bị bình, Polyutheran có ưu điểm hẳn loại bọt xốp khác Đặc biệt phun trực tiếp bọt lỏng vào vách cách nhiệt nơi thi công Bảng Tính chất số vật liệu cách nhiệt Vật liệu  (kg/m3)  (W/mK)  nén (N/cm2) tmax (0C) Bọt xốp styrôpo 80 10  60 0,030,04 40150 10  25 Bọt xốp polyutheran 120 30  50 0,0230,03 30  60 15  30 Bọt xốp nhựa urê 0,035 120 10  15 1,53,5 Bọt xốp PVC 70 40  60 0,030,04 150300 30  50 Bọt xốp nhựa phênon 30  60 0,0350,04 30  50 150 20  40 Bọt thủy tinh 70 430 130150 0,050,06  Lie 150350 0,040,05  20 Các loại sợi khoáng 20250 0,0350,05  Bọt polyetylen 35 0,033 1000 110 25  35 Bột perlit 35100 0,030,05 Bột acrosil 60  80 0,0230,03 Alfol nhiều lớp 18 0,0230,05 Wellit nhiều lớp 40-100 0,040,06 1.3.3 Một số vật liệu cách nhiệt khác: a Khơng khí: Khơng khí có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, áp suất khí  = 0,025W/mK Để tạo vật liệu cách nhiệt có khă dẫn nhiệt nhỏ nữa, cần phải tìm chất khí có hệ số dẫn nhiệt nhỏ khơng khí b Các chất vô tự nhiên: Các vật liệu cách nhiệt chất vô tự nhiên gốm, thủy tinh, amiăng thường gia công thành sản phẩm hay bán sản phẩm trước sử dụng dạng tấm, sợi, bơng,… loại bơng thủy tinh, xỉ, thủy tinh bột, sợi amiăng, sợi gốm,… c Các chất hữu tự nhiên: Các chất hữu tự nhiên trấu, sơ dừa, mùn cưa, …cũng dùng làm vật liệu cách nhiệt lạnh, nhiên cần phải có biện pháp chống chuột, chống mối, chống ẩm có cơng nghệ tiện dùng, kinh tế 1.4 Dầu bôi trơn 1.4.1 Nhiệm vụ dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn sử dụng hệ thống lạnh có máy nén Nhiệm vụ chủ yếu dầu bôi trơn là: - Bôi trơn chi tiết chuyển động máy nén, bề mặt ma sát, giảm ma sát tổn thất ma sát gây Riêng máy nén máy dãn nở ơxy khơng có dầu bơi trơn nén, dầu gây cháy nổ dãn nở, nhiệt độ hạ đột ngột dầu đông cứng lập tức; - Làm nhiệm vụ tải nhiệt từ bề mặt ma sát pittông, xilanh, ổ bi, ổ bạc,… vỏ máy để tỏa môi trường, đảm bảo nhiệt độ vị trí khơng q cao; - Chống rị rỉ mơi chất cho cụm bịt kín đệm kín cổ trục; - Giữ kín khoang nén máy nén trục vít 1.4.2 Yêu cầu dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn nằm máy nén dầu tham gia vào vịng tuần hồn mơi chất lạnh, qua tất thiết bị phụ hệ thống Chính vậy, dầu kỹ thuật lạnh có yêu cầu khắc khe: - Có đặc tính chống mài mịn chống sây sát bề mặt tốt; - Có độ nhớt thích hợp đảm bảo bơi trơn chi tiết; - Có độ tinh khiết cao, khơng chứa thành phần có hại hệ thống lạnh như: ẩm, axit, lưu huỳnh không hút ẩm; - Nhiệt độ bốc cháy phải cao, cao nhiều so với nhiệt độ cuối trình nén;0 - Nhiệt độ đông đặc phải thấp, thấp nhiều so với nhiệt độ tiết lưu dàn bay hơi; - Nhiệt độ lưu động phải thấp nhiệt độ bay để đảm bảo tuần hoàn hệ thống hồi dầu dễ dàng máy nén (nếu dầu hịa tan hồn tồn vào mơi chất lạnh, việc tuần hoàn dầu dễ dàng); - Không tạo lớp trở nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt trường hợp dầu phải hịa tan hồn tồn vào mơi chất; - Khơng làm giảm nhiệt độ bay hơi, qua làm giảm suất lạnh, trường hợp dầu khơng hịa tan vào mơi chất lạnh; - Khơng dẫn điện, có độ cách điện cao pha pha lỏng đặc biệt sử dụng cho hệ thống lạnh kín nửa kín; - Khơng gây cháy, nổ; - Khơng phân hủy phạm vi nhiệt độ vận hành (thường từ -600C đến 1500C, đặc biệt cho máy lạnh ghép tầng -800C chí -1100C); - Khơng tác dụng với môi chất lạnh, với vật liệu chế tạo máy vô hữu cơ, dây điện, sơn cách điện, dây quấn động cơ, với vật liệu hút ẩm để tạo sản phẩm có hại hệ thống lạnh, có hại cho động máy nén; - Tuổi thọ phải cao bền vững, đặc biệt hệ thống lạnh kín, làm việc liên tục từ 20 đến 25 năm ngang với tuổi thọ lốc tủ lạnh; - Phải không độc hại; - Phải rẻ tiền dễ kiếm; Trong thực tế, tất nhiên khơng thể tìm loại dầu bôi trơn lý tưởng đáp ứng đầy đủ yêu cầu (các yêu cầu nhiều mâu thuẫn nhau), ta tìm loại dầu cho trường hợp ứng dụng cụ thể để phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm 1.4.3 Phân loại dầu bơi trơn: Dầu kỹ thuật lạnh chia thành 02 nhóm dầu khống dầu tổng hợp Ngồi cịn nhóm phụ dầu khống có phụ gia tổng hợp - Dầu khoáng: loại dầu khoáng khơng có cơng thức hóa học cố định mà hỗn hợp nhiều thành phần gốc hyđrôcacbon từ dầu mỏ Hiện dầu khoáng sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh - Dầu tổng hợp: Dầu tổng hợp sản xuất từ chất khác polyclycôl, loại este, silicol dầu tổng hợp gốc hyđrơcacbon So với dầu khống, dầu tổng hợp có chất lượng bơi trơn tốt hỗn hợp với môi chất lạnh, nhiệt độ đông đặc thấp hơn, mài mòn chi tiết thấp giá thành cao - Dầu khống có phụ gia tổng hợp: để cải thiện số tính chất dầu khoáng, người ta cho thêm vào dầu khoáng số phụ gia tổng hợp Trên thực tế sử dụng hỗn hợp dầu khoáng dầu tổng hợp phải thận trọng hỗn hợp khơng phát huy đặc tính u cầu mà lại tăng thêm nhược điểm Chính vậy, phải tiến hành thử nghiệm thận trọng trước sử dụng - Dầu este loại dầu đặc biệt dùng cho mơi chất freon khơng có clo 1.4.4 Các tính chất bản: - Độ nhớt: Độ nhớt dầu bôi trơn thông số quan trọng nhất, định chất lượng việc bôi trơn, giảm tổn thất ma sát, giảm mài mòn thiết bị, tăng cường độ kín cho đệm kín cổ trục, đệm khác Độ nhớt dầu giảm bị môi chất lạnh hòa tan Đặc biệt nhiệt độ bay thấp cần có tỷ lệ hịa trộn thích hợp để đảm bảo dòng chảy, hồi lưu dầu máy nén - Khối lượng riêng: dầu lạnh nằm khoảng 0,87 ÷ 1,01g/cm3, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất hàm lượng cacbuahyđrô thơm - Nhiệt độ đông đặc nhiệt độ lưu động: Nhiệt độ đông đặc nhiệt độ dầu hóa đặc Nhiệt độ lưu động nhiệt độ mà dầu cịn có khả lưu động thiết bị đường ống, bảo đảm vịng tuần hồn dầu bơi trơn hệ thống Thường nhiệt độ lưu động cao nhiệt độ đơng đặc ÷ 0C - Nhiệt độ bốc cháy: phụ thuộc vào có mặt nhóm dễ bay dầu Yêu cầu nhiệt độ bốc cháy dầu khống 160 ÷ 1800C trở lên - Tính axit dầu lạnh phải thấp để tránh ăn mòn chi tiết, hàm lượng lưu huỳnh tự do, chất cặn hắc ín phải nhỏ chúng thành phần làm biến chất, lão hóa tạo bùn dầu - Hàm lượng nước tính hút ẩm dầu: Nước hịa tan dầu, nhiên dầu lạnh có tính hút ẩm Tính hút ẩm tăng nhiệt độ tăng Nước hịa tan dầu khống Tốc độ hút ẩm dầu phụ thuộc vào loại dầu - Sức căng bề mặt dầu ảnh hưởng đến chất lượng bơi trơn chống mài mịn chúng Sức căng bề mặt dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, loại dầu, độ hịa tan, loại mơi chất lạnh định độ nhớt dầu - Điểm anilin: nhiệt độ tới hạn hòa tan dầu vào anilin để tạo dung dịch đồng Điểm anilin dùng để định hướng đánh giá tính ổn định hịa tan dầu mơi chất lạnh - Màu sắc dầu sáng có màu gián sáng Căn vào màu sắc đánh giá chất lượng dầu Màu dầu tốt chứng tỏ hàm lượng hắc ín dầu cao - Hình dạng dầu đặc trưng cho suốt hay không suốt quan sát qua chiều dày dầu định Dầu lạnh phải có độ suốt cao - Nhiệt dung riêng loại dầu lạnh nằm khoảng 1,6 ÷ 2,2 kJ/kgK - Độ dẫn điện: Đối với máy lạnh kiểu kín nửa kín, động bố trí nằm vỏ máy nén nên dầu có độ cách điện cao, điện áp xuyên thủng lớn để đảm bảo động làm việc an toàn - Độ dẫn nhiệt: hệ số dẫn nhiệt dầu tương đối nhỏ, nằm khoảng 0,1 ÷ 0,16W/mK Trong hệ thống lạnh, hệ số dần nhiệt lớn thuận lợi cho trình trao đổi nhiệt 1.5 Mơi chất lạnh Mơi chất lạnh (cịn gọi tác nhân lạnh, ga lạnh hay môi chất lạnh) chất mơi giới sử dụng chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp thải nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao Mơi chất tuần hồn hệ thống lạnh nhờ trình nén Ở máy lạnh nén hơi, thu nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp nhờ trình bay áp suất thấp nhiệt độ thấp, thải nhiệt cho môi trường có nhiệt độ cao nhờ q trình ngưng tụ áp suất cao nhiệt độ cao, tăng áp suất trình nén giảm áp suất nhờ trình tiết lưu giãn nở lỏng máy lạnh nén khí, mơi chất lạnh khơng thay đổi trạng thái, ln thể khí Vật liệu cách ẩm, hút ẩm 2.1 Vật liệu cách ẩm 2.1.1 Yêu cầu vật liệu cách ẩm: - Do có tượng ngưng đọng ẩm vách cách nhiệt lạnh nên phải có lớp cách ẩm để tăng trở ẩm cho vật liệu, trường hợp vật liệu không đủ độ trở thấm ẩm - Vật liệu cách ẩm cần có yêu cầu sau đây: + Có trở ẩm lớn có hệ số thấm ẩm nhỏ + Không ngậm nước + Phải bền nhiệt, không bị cứng, giịn, lão hóa nhiệt độ thấp bị mềm nóng chảy nhiệt độ cao dựng + Khơng có mùi lạ, khơng độc, khơng ảnh hưởng tới sản phẩm bảo quản + Khơng gây ăn mịn tác dụng hóa học với vật liệu cách nhiệt xây + Phải rẻ tiền dễ kiếm 2.1.2 Một số vật liệu cách ẩm thông dụng: - Vật liệu cách ẩm chủ yếu bitum Trong kỹ thuật sử dụng 3-4 mác bitum NH-3, BH-4, BH-5 BH-5K (Liên xô cũ) Hệ số dẫn nhiệt từ 0,3….0,35W/mK - Ngoài bitum, số vật liệu khác sử dụng để ngăn ẩm giấy nhôm, màng polyetylen, màng PVC, giấy dầu,… (bảng 10) Trong buồng lạnh lắp ghép, lợp tôn sử dụng làm vỏ cách nhiệt polyutheran đồng thời làm cách ẩm Bảng 10 Một số vật liệu cách ẩm Vật liệu cách ẩm Hệ số khuếch tán g/(mhMPa) Giấy nhôm 0,0054 Bitum 0,86 Hydrozol 11,38 Pergamin 1,20 Màng Polyetylen 0,0018 Giấy dầu 1,35 Bảng 11 Đặc tính kỹ thuật số mác Bitum Mác Bitum Đặc tính BH – BH – BH – BH – 5K Nhiệt độ nóng chảy, C 45 70 90 90 Nhiệt độ bắt cháy, C 200 230 230 230 Khối lượng riêng, kg/m 1000 1000 1000 1000 2.1.3 Các phương pháp cách ẩm: Nói chung có phương pháp chống nhiễm ẩm cho cách nhiệt sau: - Sử dụng lớp cách ẩm với cách nhiệt - Nâng cao hệ số trở ẩm vật liệu cách nhiệt - Sử dụng lớp vữa có độ khuếch tán ẩm lớp phía phịng lạnh - Tạo áp suất dương phòng lạnh, qua tạo dịng khơng khí qua vách ngược chiều với độ giáng phân áp suất nước - Tác động nhân tạo vào áp suất riêng phần nước bề mặt lạnh vách cách nhiệt Tuy nhiên có ba phương pháp có ý nghĩa thực tiễn Hình 2.3 Biến thiên áp suất nhiệt độ vách Hình 2.3 biểu diễn biến thiên nhiệt độ tx, áp suất riêng nước px áp suất nước bão hòa px’’ phụ thuộc vào độ dày x vách cách nhiệt; t x, px px” xác định qua độ chênh nhiệt độ hai bên vách thông số vật lý vách môi trường hai bên vách; t x px đường thẳng (hàm tuyến tính) px” hàm mũ Có hai trường hợp xảy ra: Trường hợp 1: Hai đường px px” không cắt nhau, px nằm px”, vách cách nhiệt vùng ngưng đọng ẩm Trường hợp 2: hai đường px px” cắt hai điểm Trong vách cách nhiệt xảy tượng ngưng đọng ẩm áp suất riêng phần px cao áp suất bão hòa px” Đường áp suất thực nằm hai đường p x tính tốn áp suất bão hịa px” (đường liền hình 1) Để tránh tượng đọng sương vách cách nhiệt phải áp dụng biện pháp để đẩy đường px xuống không cắt đường px” để lượng ẩm khuếch tán từ phía nóng vào vách nhỏ lượng ẩm khuếch tán từ vách vào phòng lạnh 2.2 Vật liệu hút ẩm 2.2.1 Nhiệm vụ vật liệu hút ẩm * Trong hệ thống lạnh amoniac Freon, ẩm (nước) lẫn vịng tuần hồn mơi chất lạnh có nhiều tác hại nghiêm trọng như: - Tác dụng với dầu bôi trơn tạo axit vô cơ, keo dầu bùn, làm lão hóa dầu - Kết hợp với mơi chất lạnh tạo khí lạ, axit phân hủy môi chất thủy phân, cản trở trao đổi nhiệt - Kết hợp với vật liệu chế tạo máy, cặn bẩn kim loại vô hữu tạo liên kết oxy hóa, ăn mịn phá hủy chi tiết máy thiết bị - Do hịa tan hồn tồn mơi chất (NH3) nên làm tăng nhiệt độ bay hơi, giảm suất lạnh, tiêu tốn lượng cao - Do khơng hịa tan môi chất (freon) nên gây tắc ẩm cho tiết lưu * Do tác hại ẩm hệ thống lạnh nên người ta đề nhiều biện pháp loại trừ có mặt ẩm vịng tuần hồn mơi chất lạnh như: - Sấy khơ nghiêm ngặt chi tiết máy thiết bị trước lắp ráp sau bảo dưỡng, sửa chữa - Hạn chế độ ẩm tối thiểu môi chất lạnh, ammoniac không vượt 0,2% khối lượng, Freon công nghiệp không vượt 25 phần triệu, Frêon nạp tủ lạnh máy lạnh kín không phần triệu khối lượng - Sấy chân không nhiều trước nạp gas hệ thống lạnh - Sử dụng phin sấy lắp vòng tuần hồn mơi chất đường lỏng đường Phin sấy đường lỏng lắp trước phận tiết lưu phin sấy đường thường lắp sau dàn bay theo chiều chuyển động mơi chất lạnh Tóm lại, vật liệu hút ẩm hệ thống lạnh có nhiệm vụ sau: - Hút ẩm giữ lạ axit, chất lạ có hại sinh q trình vận hành máy lạnh, “sấy khơ” mơi chất lạnh, loại trừ tác hại ẩm hệ thống lạnh gây cho dầu bơi trơn chi tiết máy thiết bị - Chống tắc ẩm hệ thống lạnh Frêon 2.2.2 Yêu cầu vật liệu hút ẩm Bảng 12 giới thiệu số vật liệu hút ẩm dựa ba nguyên tắc hút ẩm nêu, khả phạm vi ứng dụng kỹ thuật lạnh Bảng 12 Phân loại vật liệu hút ẩm Nguyên tắc Ký hiệu hút ẩm Phạm vi ứng dụng STT hút ẩm Thành phần hóa học Ghi Silicagel SiO2 Hấp phụ Đất sét hoạt tính Al2O3 Nói chung sử dụng cho tất (Liên kết Rây phân tử, zêolit loại môi chất lạnh, đặt học) đường lỏng đường (Silicat nhôm kali, natri canxi) Hấp thụ Hạn chế sử dụng Ví dụ CaCl2 Sunphat canxi CaSO4 (Tạo tinh khơng thích hợp với mơi chất Clorua canxi CaCl2 thể ngậm lạnh, đặc biệt không đặt Perclorat manhê nước đường lỏng, có CaSO4 cịn Mg(ClO4)2 hyđrat) ứng dụng Về ngun tắc dùng đường hơi, P2O5 khơng thích Phản ứng Ơxit canxi CaO (vơi hợp cho NH3 đường hóa học sống) Tuy hiệu hút ẩm tốt song (Tạo Oxyt bari BaO chất hóa học tạo axit Pentơxit phốt không nên sử dụng hệ bazơ) P2O5 thống lạnh Căn vào chức vật liệu hút ẩm hệ thống lạnh, vật liệu hút ẩm phải đáp ứng yêu cầu sau: - Có khả hút ẩm cao tính theo lượng ẩm hút đơn vị khối lượng áp suất riêng nước thấp - Có khả hút loại axit khí lạ có hại sinh trình vận hành hệ thống lạnh - Khả hút ẩm sản phẩm có hại khơng phụ thuộc vào nhiệt độ phạm vi nhiệt độ vận hành - Có khả tái sinh dễ dàng nhờ nhiệt hóa chất - Khơng tác dụng với môi chất lạnh, dầu bôi trơn, ẩm sản phẩm phụ vật liệu chế tạo máy vô hữu tạo chất có hại khác - Không làm chất xúc tác cho phản ứng có hại hệ thống lạnh - Có hình dạng cố định, không bị tơi rã theo môi chất lạnh làm tắc phận tiết lưu đường ống - Rẻ tiền, dễ kiếm Trong thực tế khơng có vật liệu hút ẩm lý tưởng Người ta phải chọn vật liệu hút ẩm cho trường hợp ứng dụng để phát huy ưu điểm hạn chế nhược điểm chúng * Tác dụng hút ẩm dựa ba nguyên tắc sau: + Liên kết học với ẩm gọi q trình hấp phụ ẩm + Liên kết hóa học với nước tạo tinh thể ngậm nước hyđrat gọi trình hấp thụ + Phản ứng hóa học với nước tạo chất 2.2.3 Một số vật liệu hút ẩm thường dùng kỹ thuật lạnh: a Zelôit silicat: - Zelôit dùng hệ thống lạnh có cơng thức Na12(AlO2)12(SiO2)12, kí hiệu 4A hay A4 dùng cho môi chất freon R12 R22 Hiện người ta chế tạo loại zelơit có diện tích bề mặt lớn đến 800m2/g với kích thước lỗ A Khi thay Na Kali (K) canxi (Ca) chế tạo zeolit đường 0 kính lỗ từ A đến A - Zelơit có khả hấp phụ ẩm tốt chịu ảnh hưởng nhiệt độ, dùng nhiều để hút ẩm hệ thống lạnh frêon Khả hấp phụ lớn gấp lần sillicagel Các phin sấy zelơit đặt cạnh máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp mà không sợ nhiệt độ cao - Về nguyên tắc, bão hịa zelơit tái sinh phục hồi khả hút ẩm cách gia nhiệt tới nhiệt độ 450 – 5000C Tuy nhiên, thực tế zelôit làm việc hệ thống lạnh thường bị nhiễm bẩn dầu nên việc tái sinh hiệu Vì vậy, nói chung khơng nên tái sinh phin sấy cũ mà nên thay cần b Silicagel SiO2: - Cùng với zelôit, silicagel chất rắn hấp phụ ẩm dùng cho hệ thống lạnh frêon Silicagel SiO2 dạng xốp khơng định hình, kích thước lỗ khơng cố định, diện tích riêng bề mặt khoảng 500m2/g - Khả hấp phụ silicagel giảm từ nhiệt độ tăng đến 40 – 50 C Vì khơng bố trí phin sấy silicagel gần thiết bị có nhiệt độ cao máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp Khả hấp phụ silicagel tái sinh sấy nhiệt độ 120 đến 200 0C vòng 12 Tuy vậy, zelôit, hiệu tái sinh silicagel hạn chế, nên thay phin sấy cần thiết c Một số vật liệu hút ẩm khác: - Đất sét hoạt tính có cấu trúc tương tự, có khả hút ẩm, loại axit, bazơ chất lạ hình thành trình vận hành máy lạnh CO2, NH3, SO2, H2S hydrocacbon Hiện người ta nghiên cứu để sử dụng đất sét hoạt tính làm chất chống ẩm hệ thống lạnh - Các chất lỏng hấp thụ ẩm thực tế sunfat canxi CaSO4, clorua canxi CaCl2 perelorat magiê Mg(ClO4)2 không sử dụng để hút ẩm hệ thống lạnh nhiều nhược điểm tính chất cơ, hóa, lý Nếu sử dụng khơng bố trí đường lỏng - Các chất có phản ứng hóa học với nước có hiệu khử ẩm cao, tác dụng hóa học chúng lại tạo chất khác nên thực tế dùng hệ thống lạnh Các vật liệu hút ẩm loại như: vôi sống (CaO), oxitbari, penoxit phốt P2O5 bố trí hệ thống lạnh tạo loại axit bazơ gây ăn mịn thiết bị, làm lão hóa phá hủy dầu bôi trơn, phá hủy sơn cách điện làm chập mạch cuộn dây máy nén kín nửa kín,… * Câu hỏi tập: * Câu hỏi: Đặc điểm, yêu cầu vật liệu sử dụng máy thiết bị lạnh? Quan hệ tính chất vật liệu kim loại dung máy thiết bị với tính chất hố lý mơi chất dầu bơi trơn? từ rút kết luận sử dụng? vật liệu phi kim loại chủ yếu dung hệ thống máy thiết bị lạnh? Tính chất chúng thay đổi theo nhiêt độ, môi trường dầu môi chất lạnh? Các vật liệu cách nhiệt thường sử dụng đâu hệ thống máy thiết bị lạnh? Đặc điểm yêu cầu kỹ thuật chính? Kể tên nêu vắn tắt tính chất vật liệu cách nhiệt hay sử dụng máy hệ thống lạnh Vật liệu hút ẩm dùng kỹ thuật lạnh có loại chính? Tính chất cơng nghệ sử dụng zlit sillicagen? Đặc điểm yêu cầu dầu bôi trơn máy lạnh? Các loại dầu, tính chất phạm vi ứng dụng hệ thống máy lạnh? * Bài tập thực hành học sinh, sinh viên: Nhận biết vật liệu kỹ thuật lạnh Giáo viên: - Chia lớp thành nhiều nhóm, nhóm từ (5 ÷ 7) học sinh - Chuẩn bị mẫu vật liệu kỹ thuật lạnh: vật liệu kim loại phi kim, vật liệu cách nhiệt, vật liệu hút ẩm số loại dầu bôi trơn thông dụng - Hướng dẫn học sinh phân biệt nhận biết loại vật liệu kỹ thuật lạnh: + Nhận biết vật liệu kim loại phi kim + Nhận biết vật liệu cách nhiệt bản: polyutheran polystyrol + Phân biệt loại dầu bôi trơn + Nhận biết loại vật liệu hút ẩm cách ẩm, phân biệt vật liệu zêolit sillicagen * Yêu cầu về đánh giá kết học tập: Mục tiêu Nội dung Điểm - Trả lời đầy đủ câu hỏi; Kiến thức - Nhận dạng vật liệu kim loại, phi kim loại, vật liệu cách nhiệt, hút ẩm, dầu bôi trơn thông dụng, hút Kỹ ẩm, cách ẩm, zêôlit, sillicagen - Nộp tập hạn (1 tuần nhà), tập Thái độ nghiêm túc, Tổng 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương (1998), Vật liệu kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh, Nhà xuất Giáo Dục [2] Nguyễn Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh, (2001), Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Đình Thắng (2006), Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Đình Thắng (2004), Giáo trình vật liệu điện, Nhà xuất Giáo Dục ... 2.7 Vật liệu bán dẫN Kiểm tra Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh Vật liệu kỹ thuật lạnh 1.1 .Vật liệu kim loại: 1.2 Vật liệu phi kim 1.3 Vật liệu cách nhiệt 1.4 Dầu bôi trơn 1.5 Môi chất lạnh Vật liệu. .. sở kỹ thuật điện, sở kỹ thuật nhiệt - Tính chất: Là mơn học kỹ thuật sở II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Trình bày kiến thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Về kỹ năng:... (1998), Vật liệu kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh, Nhà xuất Giáo Dục [2] Nguyễn Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh, (2001), Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Đình Thắng (2006), Vật liệu kỹ thuật